兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (11): 4081-4093.doi: 10.12382/bgxb.2024.0227
高健1, 邹利波2, 于存贵1,*
收稿日期:
2024-03-29
上线日期:
2024-11-26
通讯作者:
基金资助:
GAO Jian1, ZOU Libo2, YU Cungui1,*
Received:
2024-03-29
Online:
2024-11-26
摘要:
身管武器在使用过程中其内膛镀层会发生剥落现象,缩短身管武器使用寿命,该现象的机理尚未明确。为研究身管武器内膛镀层剥落现象,提出一种相场耦合内聚力模型的数值模拟方法。考虑到相场具有的连续介质力学特性在裂纹扩展模拟中的优越性以及内聚力模型在多相材料界面损伤模拟中的普遍适用性,针对身管武器镀层和基体内部的裂纹扩展行为使用相场进行模拟,而针对基体和镀层界面的损伤使用内聚力模型进行模拟。针对裂纹在界面处发生偏转的现象,开展一条裂纹和两条裂纹发生扩展的有限元仿真,并与试验结果进行对比;研究镀层存在多条裂纹时不同裂纹间距对界面损伤的影响;此外还讨论了相场特征长度对裂纹扩展行为的影响。研究结果表明:当裂纹扩展至基体和镀层界面时会转而沿界面向两侧扩展,最终演化为界面失效;当多条裂纹扩展至界面处时,界面损伤主要发生在多条裂纹之间的区域,最终演化为镀层剥落;裂纹间距对界面的初始损伤和界面损伤发展速度存在影响;新提出的相场耦合内聚力模型的数值模拟方法可以作为研究身管镀层失效机理的计算方法。
中图分类号:
高健, 邹利波, 于存贵. 基于相场耦合内聚力模型的身管镀层剥落数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 4081-4093.
GAO Jian, ZOU Libo, YU Cungui. Numerical Simulation of Coating Spalling on Barrel Based on Phase-field Coupled Cohesive Force Model[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(11): 4081-4093.
基体和 镀层 | E/GPa | ν | ρ/ (kg·mm-3) | σt/ MPa | Gc/ (J·m-2) |
---|---|---|---|---|---|
基体 | 214 | 0.31 | 7.89×10-6 | 1080 | 2700 |
镀层 | 276.4 | 0.12 | 7.19×10-6 | 1000 | 62.7 |
表1 基体和镀层的材料参数
Table 1 Material parameters of substrate and coating
基体和 镀层 | E/GPa | ν | ρ/ (kg·mm-3) | σt/ MPa | Gc/ (J·m-2) |
---|---|---|---|---|---|
基体 | 214 | 0.31 | 7.89×10-6 | 1080 | 2700 |
镀层 | 276.4 | 0.12 | 7.19×10-6 | 1000 | 62.7 |
参数 | 数值 |
---|---|
法向抗拉强度σt/MPa | 50 |
剪切强度σs/MPa | 75 |
罚刚度pn/(N·m-3) | 1×106 |
临界拉伸能量释放率Gct/(J·m-2) | 25 |
临界剪切能量释放率Gcs/(J·m-2) | 37.5 |
B-K准则指数α | 2.284 |
表2 界面内聚力参数
Table 2 Interface cohesion parameter
参数 | 数值 |
---|---|
法向抗拉强度σt/MPa | 50 |
剪切强度σs/MPa | 75 |
罚刚度pn/(N·m-3) | 1×106 |
临界拉伸能量释放率Gct/(J·m-2) | 25 |
临界剪切能量释放率Gcs/(J·m-2) | 37.5 |
B-K准则指数α | 2.284 |
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